(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の駆動方向に直交する対向方向において互いに対向する一対の外側対向ヨークと、
前記一対の外側対向ヨークの対向面に設けられ、磁化方向が前記対向方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記駆動方向に配列された複数の外側対向磁石を有し、同種の磁極が互いに対向する一対の外側対向磁石列と、
軸方向に見て矩形に形成され、各辺を揃えて前記軸方向に連ねられた複数のコイルを有し、前記一対の外側対向磁石列の間において、前記軸方向が前記駆動方向とされ、前記矩形の互いに対向する一対の第１辺を前記一対の外側対向磁石列に対向させ、前記一対の外側対向磁石列に対して前記駆動方向に移動可能に設けられたコイル列と、
前記コイル列に対して挿通され、前記一対の外側対向ヨークに対して固定された内ヨークと、
前記内ヨークの、前記矩形の残りの第２辺に対向する面に設けられ、磁化方向が前記第２辺と対向する方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記複数の外側対向磁石と同一の間隔で前記駆動方向に配列された複数の内側側方磁石を有し、前記一対の外側対向磁石列が前記一対の第１辺に対して向けている磁極とは異種の磁極を前記第２辺に向ける内側側方磁石列と、
前記第２辺の外周面に対向する外側側方ヨークと、
前記外側側方ヨークの前記第２辺に対向する面に設けられ、前記複数の内側側方磁石に対して異種の磁極を向けて前記駆動方向に配列された複数の外側側方磁石を有する外側側方磁石列と、
を有するリニアモータ。
【請求項２】
所定の駆動方向に直交する対向方向において互いに対向する一対の外側対向ヨークと、
前記一対の外側対向ヨークの対向面に設けられ、磁化方向が前記対向方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記駆動方向に配列された複数の外側対向磁石を有し、同種の磁極が互いに対向する一対の外側対向磁石列と、
軸方向に見て矩形に形成され、各辺を揃えて前記軸方向に連ねられた複数のコイルを有し、前記一対の外側対向磁石列の間において、前記軸方向が前記駆動方向とされ、前記矩形の互いに対向する一対の第１辺を前記一対の外側対向磁石列に対向させ、前記一対の外側対向磁石列に対して前記駆動方向に移動可能に設けられたコイル列と、
前記コイル列に対して挿通され、前記一対の外側対向ヨークに対して固定された内ヨークと、
前記内ヨークの、前記矩形の残りの第２辺に対向する面に設けられ、磁化方向が前記第２辺と対向する方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記複数の外側対向磁石と同一の間隔で前記駆動方向に配列された複数の内側側方磁石を有し、前記一対の外側対向磁石列が前記一対の第１辺に対して向けている磁極とは異種の磁極を前記第２辺に向ける内側側方磁石列と、
を有し、
前記内ヨークは、中空状である
リニアモータ。
【請求項３】
所定の駆動方向に直交する対向方向において互いに対向する一対の外側対向ヨークと、
前記一対の外側対向ヨークの対向面に設けられ、磁化方向が前記対向方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記駆動方向に配列された複数の外側対向磁石を有し、同種の磁極が互いに対向する一対の外側対向磁石列と、
軸方向に見て矩形に形成され、各辺を揃えて前記軸方向に連ねられた複数のコイルを有し、前記一対の外側対向磁石列の間において、前記軸方向が前記駆動方向とされ、前記矩形の互いに対向する一対の第１辺を前記一対の外側対向磁石列に対向させ、前記一対の外側対向磁石列に対して前記駆動方向に移動可能に設けられたコイル列と、
前記コイル列に対して挿通され、前記一対の外側対向ヨークに対して固定された内ヨークと、
前記内ヨークの、前記矩形の残りの第２辺に対向する面に設けられ、磁化方向が前記第２辺と対向する方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記複数の外側対向磁石と同一の間隔で前記駆動方向に配列された複数の内側側方磁石を有し、前記一対の外側対向磁石列が前記一対の第１辺に対して向けている磁極とは異種の磁極を前記第２辺に向ける内側側方磁石列と、
前記駆動方向における前記一対の外側対向磁石列の外側において、前記一対の外側対向ヨークと前記内ヨークとの間に介在する、非磁性体により形成された連結部材と、
を有する
リニアモータ。
【請求項４】
前記内ヨークの前記一対の第１辺に対向する面に設けられ、前記複数の外側対向磁石に対して異種の磁極を向けて前記駆動方向に配列された複数の内側対向磁石を有する一対の内側対向磁石列を更に有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記複数のコイルにおいて、前記対向方向の内周の直径は、前記対向方向に直交する方向の内周の直径の半分以上であり、半径方向の幅は、前記対向方向の内周の直径の半分以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに対向する２つの磁石列と、２つの磁石列の間に配置されたコイル列とを有する同期リニアモータが知られている。磁石列は、磁極の向きが交互に逆転するように駆動方向に配列された複数の磁石から構成されている。コイル列は、駆動方向に配列された複数のコイルから構成されている。そして、このリニアモータは、複数のコイルに対して３相交流電圧等の位相の異なる電圧が印加されることにより駆動される。
【０００３】
特許文献１のリニアモータでは、２つの磁石列は、同一の磁極を対向させるように配置されている。複数のコイルは、軸方向を駆動方向に一致させて配列されている。複数のコイルには、内ヨークが移動可能に挿通されている。このような構成により、特許文献１のリニアモータは、磁場の利用効率の向上などを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リニアモータは、更なる小型化及び推力増大が要求されており、特許文献１のリニアモータも例外ではない。
【０００６】
本発明の目的は、小型化しつつ推力を大きくできるリニアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のリニアモータは、所定の駆動方向に直交する対向方向において互いに対向する一対の外側対向ヨークと、前記一対の外側対向ヨークの対向面に設けられ、磁化方向が前記対向方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記駆動方向に配列された複数の外側対向磁石を有し、同種の磁極が互いに対向する一対の外側対向磁石列と、軸方向に見て矩形に形成され、各辺を揃えて前記軸方向に連ねられた複数のコイルを有し、前記一対の外側対向磁石列の間において、前記軸方向が前記駆動方向とされ、前記矩形の互いに対向する一対の第１辺を前記一対の外側対向磁石列に対向させ、前記一対の外側対向磁石列に対して前記駆動方向に移動可能に設けられたコイル列と、前記コイル列に対して挿通され、前記一対の外側対向ヨークに対して固定された内ヨークと、前記内ヨークの、前記矩形の残りの第２辺に対向する面に設けられ、磁化方向が前記第２辺と対向する方向とされ、磁極の向きを交互に逆転させつつ前記複数の外側対向磁石と同一の間隔で前記駆動方向に配列された複数の内側側方磁石を有し、前記一対の外側対向磁石列が前記一対の第１辺に対して向けている磁極とは異種の磁極を前記第２辺に向ける内側側方磁石列と、を有する。
【０００８】
好適には、前記リニアモータは、前記内ヨークの前記一対の第１辺に対向する面に設けられ、前記複数の外側対向磁石に対して異種の磁極を向けて前記駆動方向に配列された複数の内側対向磁石を有する一対の内側対向磁石列を更に有する。
【０００９】
好適には、前記リニアモータは、前記第２辺の外周面に対向する外側側方ヨークと、前記外側側方ヨークの前記第２辺に対向する面に設けられ、前記複数の内側側方磁石に対して異種の磁極を向けて前記駆動方向に配列された複数の外側側方磁石を有する外側側方磁石列と、を更に有する。
【００１０】
好適には、前記複数のコイルにおいて、前記対向方向の内周の直径は、前記対向方向に直交する方向の内周の直径の半分以上であり、半径方向の幅は、前記対向方向の内周の直径の半分以下である。
【００１１】
好適には、前記内ヨークは、中空状である。
【００１２】
好適には、前記リニアモータは、前記駆動方向における前記一対の外側対向磁石列の外側において、前記一対の外側対向ヨークと前記内ヨークとの間に介在する、非磁性体により形成された連結部材を更に有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型化しつつ推力を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアモータを駆動方向に見た図。
【図２】図１のリニアモータを駆動方向の側方から見た図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るリニアモータを駆動方向に見た図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニアモータ１を駆動方向（Ｘ軸方向）に見た図（正面図）である。図２は、リニアモータ１を駆動方向の側方から見た図（側面図）である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【００１６】
なお、リニアモータ１に関する、正面、側面等の語は、本実施形態の説明において便宜的に用いているものであり、リニアモータ１のいずれの方向が重力方向とされてもよい。
【００１７】
リニアモータ１は、固定子３と、固定子３に対して駆動方向（Ｘ軸方向）に移動可能な可動子５とを有している。
【００１８】
固定子３は、２つの外側対向ヨーク７と、２つの外側対向磁石列９と、内ヨーク１１と、２つの内側対向磁石列１３と、２つの内側側方磁石列１５とを有している。
【００１９】
可動子５は、コイル列１７と、２つの取付部材１９とを有している。
【００２０】
外側対向ヨーク７は、例えば、鉄等の磁性体により形成され、また、矩形の平板状に形成されている。２つの外側対向ヨーク７は、互いに平行に対向して配置され、互いに固定されている。
【００２１】
外側対向磁石列９は、駆動方向（Ｘ軸方向）に配列された複数の外側対向磁石２１を有している。複数の外側対向磁石２１は、例えば、矩形の平板状に形成され、接着剤等の固定部材により外側対向ヨーク７の対向面に固定されている。複数の外側対向磁石２１は、磁化方向が外側対向ヨーク７の対向方向（Ｚ軸方向）に一致するように、且つ、駆動方向において磁極の向きが交互に逆転するように配列されている。一方の外側対向磁石列９の複数の外側対向磁石２１と、他方の外側対向磁石列９の複数の外側対向磁石２１とは、同種の磁極を対向させている。なお、図２では、複数の外側対向磁石２１の、内ヨーク１１側の磁極（Ｎ、Ｓ）が示されている。
【００２２】
内ヨーク１１は、例えば、鉄等の磁性体により形成され、また、四角柱状に形成されている。内ヨーク１１は、２つの外側対向ヨーク７の間において、これらの部材に平行に配置され、これらの部材に固定されている。
【００２３】
なお、２つの外側対向ヨーク７及び内ヨーク１１の固定は、例えば、駆動方向（Ｘ軸方向）の端部において、連結部材２３（図２）を介して、接着剤やボルト等の固定部材により行われる。
【００２４】
内側対向磁石列１３は、駆動方向（Ｘ軸方向）に配列された複数の内側対向磁石２５を有している。複数の内側対向磁石２５は、例えば、複数の外側対向磁石２１と同様の形状に形成され、複数の外側対向磁石２１と異極同士を対向させるように配置されている。複数の内側対向磁石２５は、接着剤等の固定部材により内ヨーク１１に固定されている。なお、図２では、複数の内側対向磁石２５の、複数の外側対向磁石２１に対向する磁極（Ｎ、Ｓ）が示されている。
【００２５】
内側側方磁石列１５は、駆動方向（Ｘ軸方向）に配列された複数の内側側方磁石２７を有している。複数の内側側方磁石２７は、例えば、矩形の平板状に形成され、接着剤等の固定部材により、内ヨーク１１の、外側対向ヨーク７の対向方向に対して側方となる面に固定されている。複数の内側側方磁石２７は、磁化方向が側方（Ｙ軸方向）に一致するように、且つ、駆動方向において磁極の向きが交互に逆転するように、外側対向磁石２１と同一の間隔で配列されている。また、複数の内側側方磁石２７は、複数の外側対向磁石２１がリニアモータ１の内側に向けている磁極とは異種の磁極をリニアモータ１の外側に向けて配置されている。なお、図３では、複数の内側側方磁石２７の、リニアモータ１の外側の磁極（Ｎ、Ｓ）が示されている。
【００２６】
コイル列１７は、駆動方向（Ｘ軸方向）に配列された複数のコイル２９を有している。複数のコイル２９は、軸ＣＡ方向に見て矩形状に形成され、互いに平行な（互いに対向する）一対の第１辺２９ａと、一対の第１辺２９ａに交差し、互いに平行な一対の第２辺２９ｂとを有している。コイル列１７は、軸ＣＡ方向に見て矩形の各辺が一致するように、複数のコイル２９が軸ＣＡ方向に連ねられることにより構成されている。そして、コイル列１７は、軸ＣＡ方向を駆動方向に一致させるとともに、矩形の対向する２つの第１辺２９ａを２つの外側対向磁石列９に対向させて配置されている。
【００２７】
駆動方向（Ｘ軸方向）において、コイル列１７の長さは、磁石列（９、１３及び１５）の長さよりも小さい。また、駆動方向の所定の長さにおいて、複数のコイル２９の配列数は、複数の磁石（２１、２５及び２７）の配列数よりも少ない。本実施形態では、複数のコイル２９の配列数が６であり、複数の磁石（２１、２５及び２７）の配列数が４であり、所定の長さにおける複数のコイル２９の配列数と複数の磁石（２１．２５及び２７）の配列数との比が３：１である場合を例示している。
【００２８】
コイル列１７は、２つの外側対向ヨーク７（外側対向磁石列９）の間に、これらの部材に平行に、これらの部材に対して駆動方向に移動可能に配置されている。また、コイル列１７には、内ヨーク１１が駆動方向に移動可能に挿通されている。
【００２９】
なお、複数のコイル２９を構成する線材は、適宜な材料により形成されてよい。一般には、線材は、銅（Ｃｕ）により形成されている。また、線材は、軽量化の観点からアルミニウム（Ａｌ）により形成されていてもよい。
【００３０】
取付部材１９は、例えば、非磁性体により形成され、接着剤等の固定部材によりコイル列１７に対して固定されている。より具体的には、取付部材１９は、コイル列１７の、２つの第１辺２９ａに直交する第２辺２９ｂの全体に亘って固着されている。取付部材１９には、不図示の駆動対象物が固定される。
【００３１】
以上の構成を有するリニアモータ１の動作を説明する。
【００３２】
複数の外側対向磁石２１と、複数の内側対向磁石２５とは、異極同士を対向させているから、図２において矢印ｙ１により示すように、複数のコイル２９の第１辺２９ａに交差する磁束を生じる。従って、複数のコイル２９に電流が流れると、フレミングの左手の法則に従って、複数の外側対向磁石２１及び複数の内側対向磁石２５に対して複数のコイル２９を移動させる駆動力が生じる。
【００３３】
具体的には、複数のコイル２９は、３相の交流電力が供給される。例えば、複数のコイル２９は、その配列順に、Ｕ相、Ｖ相、又は、Ｗ相（順序は適宜に設定されてよい。）の交流電力が供給される。従って、複数のコイル２９は、交流電力の位相と同期して駆動方向に移動する。
【００３４】
外側対向ヨーク７は、図２において矢印ｙ２により示すように、隣接する外側対向磁石２１間における磁気経路を構成する。また、内ヨーク１１は、図２において矢印ｙ３により示すように、隣接する内側対向磁石２５間における磁気経路を構成する。これにより、複数の外側対向磁石２１及び複数の内側対向磁石２５により生じる磁束が効率的に利用される。
【００３５】
さらに、リニアモータ１においては、図３において矢印ｙ４により示すように、隣接する内側側方磁石２７間における磁束が複数のコイル２９の第２辺２９ｂに交差する。従って、第２辺２９ｂにおいても、第１辺２９ａと同様に、駆動力が生じる。また、内ヨーク１１は、図３において矢印ｙ５により示すように、隣接する内側側方磁石２７の内ヨーク１１側の磁極間における磁気経路を構成する。これにより、複数の内側側方磁石２７により生じる磁束が効率的に利用される。
【００３６】
このように、本実施形態のリニアモータ１は、従来は駆動力の生成に寄与していなかった第２辺２９ｂを有効活用することにより、リニアモータ１の大型化を招くことなく、駆動力を増大することができる。
【００３７】
第２辺２９ｂが有効利用されることから、従来に比較して、第２辺２９ｂを短くする（コイル２９のＺ軸方向の直径を小さくする）必要性が薄れ、設計の自由度が向上する。また、駆動力が増大することから、コイル２９の半径方向の幅を小さくして、コイル２９の軽量化を図ることができる。
【００３８】
その結果、例えば、図１に示すように、Ｚ軸方向の内周の直径Ｄ２が、Ｙ軸方向の内周の直径Ｄ１の半分以上（ただし、Ｄ１未満が好ましい。）であり、半径方向の幅Ｗ１が、直径Ｄ２の半分以下である複数のコイル２９を採用することができる。
【００３９】
このような複数のコイル２９から構成されるコイル列１７は、Ｚ軸方向の曲げ剛性が高く、且つ、軽量である。また、第２辺２９ｂが長いことから、取付部材１９とコイル列１７との固定をより確実に行うこともできる。
【００４０】
また、駆動方向（Ｘ軸方向）における一対の外側対向磁石列９の外側においては、非磁性体により形成された連結部材２３が、一対の外側対向ヨーク７と内ヨーク１１との間に介在している。従って、図２において矢印ｙ６により示すような磁束線が生じることが抑制される。その結果、駆動方向の一方側（連結部材２３側）においてのみ磁束密度が高くなり、駆動力が駆動方向において不均一になることが抑制される。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るリニアモータ１０１を示す、図１に対応する正面図である。
【００４２】
リニアモータ１０１は、第１の実施形態のリニアモータ１０１に加えて、一対の第２辺２９ｂのうち一方（図４の左側）の第２辺２９ｂの外周面に対向する外側側方ヨーク１０８と、外側側方ヨーク１０８に設けられた外側側方磁石列１１０とを有している。
【００４３】
外側側方ヨーク１０８は、例えば、磁性体により矩形の平板状に形成されている。また、外側側方ヨーク１０８は、例えば、一対の外側対向ヨーク１０７と一体形成されることなどにより、一対の外側対向ヨーク１０７に対して固定されている。
【００４４】
外側側方磁石列１１０は、外側側方ヨーク１０８の第２辺２９ｂに対向する面に設けられ、複数の内側側方磁石２７に対して異種の磁極を向けて駆動方向（Ｘ軸方向）に配列された複数の外側側方磁石１２２を有している。
【００４５】
なお、取付部材１９は、一対の第２辺２９ｂのうち、他方（図４の右側）のみに設けられている。
【００４６】
このような第２の実施形態のリニアモータ１０１によれば、一対の第２辺２９ｂのうち一方の第２辺２９ｂにおいても、第１辺２９ａと同様に、対向する磁石間において磁気経路が形成されるから、推力の増大が期待される。
【００４７】
また、リニアモータ１０１においては、内ヨーク１１１は中空状に形成されている。これにより、磁気経路の形成への寄与度の低い部分の省略による軽量化が図られる。このような内ヨーク１１の中空化は、上述のように直径Ｄ２（図１参照）を大きくすることができることによる。なお、内ヨーク１１１は、角部が省略されることによって軽量化されてもよい。
【００４８】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００４９】
実施形態では、コイルが可動子を構成し、磁石が固定子を構成する例を示したが、これとは逆に、コイルが固定子を構成し、磁石が可動子を構成してもよい。コイルの配列数と磁石の配列数との比は、３：１に限定されず、例えば、３：２であってもよい。
【００５０】
内側対向磁石列（１３）は設けられなくてもよい。この場合であっても、特許文献１に開示されているように、外側対向磁石列９により生じる磁束により、第１辺（２９ａ）において駆動力が生じる。また、内側側方磁石列は、一つのみ設けられてもよい。
【００５１】
矩形のコイルは、軸方向に見て、厳密に矩形でなくてもよい。コイルは、概ね平行な２辺と、当該対向する２辺の端部同士を接続する２辺とを有していればよい。例えば、コイルは、いずれかの辺が多少湾曲していてもよいし、矩形の角部が面取りされた形状であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…リニアモータ、７…外側対向ヨーク、９…外側対向磁石列、１１…内ヨーク、１５…内側側方磁石列、１７…コイル列、２１…外側対向磁石、２７…内側側方磁石、２９…コイル、２９ａ…第１辺、２９ｂ…第２辺。
【図１】
0005514513.tif 000002
【図２】
0005514513.tif 000003
【図３】
0005514513.tif 000004
【図４】
0005514513.tif 000005